THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 28%, nhiệt độ 25oC được bơm từ bồn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 5,5 kg/s để gia nhiệt lên đến nhi
Trang 1Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP
ĐỀ SỐ: 30
Đun nóng dung dich: CS 2 – CCl 4 bằng thiết bị gia nhiệt loại ống chùm đặt thẳng đứng với:
Năng suất của thiết bị : 1,5 kg/s
Dùng hơi nước bão hòa làm chất tải nhiệt có áp suất : 1,6 at
Dung dịch được đun nóng từ nhiệt độ ban đầu 20 o
C đến nhiệt độ cuối 60 o C Nồng độ của
dung dịch gồm 35% khối lượng là CS 2 và 65% khối lượng là CCl 4
III THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 28%, nhiệt độ 25oC được bơm từ bồn chứa vào thiết
bị gia nhiệt với suất lượng 5,5 kg/s để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi là 100oC
Trang 2ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dich nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi
Dung dịch sau khi được gia nhiệt, sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc, gồm có 3 phần chính
* Buồng đốt: Bộ phận nhận nhiệt là dàn ống, gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống Trong đó, hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống Dung dịch đi bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hóa hơi một phần dung môi Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch
Hỗn hợp hơi lỏng đi qua khỏi dàn ống đến buồng bốc
KẾT LUẬN
Trang 3Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Trang 4A LÝ THUYẾT
I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Hóa- Thực phẩm
Thiết bị này chỉ làm việc ổn định khi chênh lệch nhiệt độ giữa vỏ thiết bị và ống ∆t ≤ 50oC Nếu ∆t ≥
50oC, phải tìm cách bù lại sự giãn nở không đều bằng cách dùng vòng bù khi áp suất làm việc P ≥ 3,5 atm; dãn dài ≥ 10-15mm
Trong bài tập này không phải sử dụng vòng bù nhiệt
1 Cấu tạo:
Gồm có vỏ hình trụ, hai đầu hàn hai lưới đỡ ống, các ống truyền nhiệt 5 được ghép chắc, kín vào lưới ống Đáy và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bulông ghép chắc Trên vỏ, nắp và đáy có cửa ( ống nối ) để dẫn chất tải nhiệt Thiết bị được cài đặt trên giá đỡ bằng tai treo hàn vào vỏ Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách nong hoặc hàn, đôi khi người ta còn dùng đệm để ghép kín
Trang 5Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố trí theo hình lục giác đều, hình tròn đồng tâm, hình vuông
2 Nguyên lý làm việc
Lưu thể II ( CS2 – CCl4 ) đi từ dưới đáy qua các ống lên trên và ra khỏi thiết bị, còn lưu thể I (hơi nước bão hòa ) đi vào từ cửa trái của vỏ vào khoảng trống giữa các ống và vỏ, sau khi trao đổi nhiệt ở thân (hơi nước bão hòa truyền nhiệt cho hỗn hợp) rồi đi ra phía dưới bên phải
II ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
Làm bình ngưng tụ và hơi môi chất
Làm bình bốc hơi cho máy lạnh
Trang 6 Bề dày ống truyền nhiệt: δ = 2 mm = 0,002 m
I Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể:
Ở 1,6 at, hơi nước bão hòa có to
Trang 7Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Nhận thấy 92, 7
62, 7
đ c
t t
Nhiệt độ trung bình của từng lưu thể là:
Trong đó: G - lưu lượng hỗn hợp ban đầu, G = 1,5 kg/s;
Cp - nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại t2tb = 35 oC
Với Cp = 928,675 J/kg.độ
Vậy : Q = 1,5 928,675 (60 – 20) = 55720,5 (W)
III Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể
Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ theo công thức:
t H
, W/m2.độ
Trang 8Trong đó: r - Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa, J/kg;
∆t1 - Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, o
C;
H - chiều cao ống truyền nhiệt (m) ; chọn H = 1,5 m;
A - hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng
Ứng với thđ = 112,7 oC nội suy, ta có:
r = 2226,98.103 J/kg
1 Tính lần 1: giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là 2 o C
a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ:
Giả sử chênh lệch nhiệt độ ∆t1 = 2 oC
Trang 9Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
0,25 0,8 0,43
Suy ra:
0,25 0,8 0,43
1 2
Trang 11Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Trong đó: tt2 - nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp, oC;
∑rt - nhiệt trở ở hai bên ống truyền nhiệt, m2.oC /W
rt rt1 rt2
Trong đó: rt1, rt2 - nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của tường, m2.độ/W;
δ - bề dày của ống truyền nhiệt, (m); chọn δ = 2 mm = 0,002 m;
λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, W/m.độ; với thép CT3 ta có
λ = 46,5 W/m.độ
Dựa vào bảng [ 3.4 ] ta chọn:
rt1 = 1,16.10-3 , m2.độ/W
Trang 13Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Trang 142 Tính lần2: Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là 0,8 o C
a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ:
Giả sử chênh lệch nhiệt độ ∆t1 = 0,8 oC
Trang 15Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Trang 17Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
3 Tính lần 3: Chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa tính theo đồ thị trên là 1,23 o C
a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ:
Dựa vào đồ thị ta suy ra được ∆t1 = 1,23 oC vậy ta có:
tt1 = t1tb- ∆t1= 112,7– 1,23 = 111,47 (oC)
10000
17000 20000
10000
20000 22000
q 1
q 2
Trang 181 1 112, 7 111, 47
112, 085
tb t m
b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy α 2
Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
Trang 19Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
Trang 20Dựa trên số liệu tính toán ta có bảng số liệu:
Trang 21Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
F n
Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là: 7 ( ống )
Tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phân là: 37( ống )
VI Đường kính trong thiết bị đun nóng
D = t.( b – 1 ) + 4.dn, m
Trong đó : t – bước ống, thường lấy t = 1,2 – 1,5 dn ;
dn – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m;
Trang 22b – số ống trên đường xuyên tâm sáu cạnh
Vậy: D = 1,4.0,034.(7 – 1 ) + 4.0,032
D = 0,414 (m)
Làm tròn: D = 0,4 m = 400 mm
VII Tính chiều cao của thiết bị
Với D = 400 mm,chọn nắp thiết bị hình elip có gờ, tra bảng số liệu ta chọn:
Chiều cao của lắp thiết bị: hl = ht + h
Trong đó dựa bảng số liệu ta có: ht = 100 mm
Trang 23Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20091377
3
Re 10500.0, 6467.10 0, 03.1434, 01
m
m = 3,95 ( ngăn )
Quy chuẩn m = 4 ( ngăn )
Tính lại chuẩn số Reynolds:
3 1
37